SE458397B

SE458397B - Magnetometer based on NMR effect

Info

Publication number: SE458397B
Application number: SE8703705A
Authority: SE
Inventors: T Ingfors
Original assignee: Scanditronix Ab
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1989-03-20
Also published as: SE8703705D0; SE8703705L

Abstract

A magnetic field-sensitive indicator (4) is fitted in the plane of measurement coils (2, 3) within the unknown magnetic field, and provides an electrical output signal corresp. to the unknown induction of the field for conversion (16) to a resonance frequency. A logic circuit (10), connected to the integrator (8), effects rough adjustment of the frequency generator (7) to a basic frequency which is close to but differs from the detected resonance frequency,and which is selected having regard for the measured induction value of the indicator. The logic circuit, after the frequency generator has been locked on to the resonance frequency, periodically monitors the output signal of the magnetic field-sensitive indicator (4). It releases the staged alteration by the integrator of the frequency generator RF frequency only if the indicator output signal shows that the unknown magnetic field has altered from that of the previous period.

Description

458 397 2 frekvens kan protonerna absorbera energi och lyftas upp ' 1 det högre energitillståndet. Så fort resonansvillkoret (RF- frekvensen = precessionsfrekvensen) försvinner faller proto- nerna tillbaka ner i sitt lägre energitillstând. n Vid bestämning av magnetfältet med hjälp av MNR-teknik används i regel ett litet mätsampel vars innehåll är mycket rikt på protoner (t.ex. vatten eller olja). Kring mätsamplet anordnas en spole genom vilken en radiofrekvent signal sänds. När RF- frekvensen överensstämmer med precessionsfrekvensen byter flertalet av protonerna energitillstând och spolens impedans ändras karaktäristiskt. Genom att inkoppla spolen i en brygg- koppling eller genom att låta spolen tillsammans med en kapacitans ingå i en resonanskrets kan spolens impedansändring registreras. Den radiofrekvens vid vilket detta inträffar mäts och genom det ovan nämnda sambandet mellan magnetfält och precessionsfrekvens kan det okända magnetfältet lätt beräknas med mycket hög noggrannhet. Det ovan nämnda sambandet är linjärt, dvs. är magnetfältet 1/2 T precesserar en fri proton med frekvensen 1/2 x 42,5759 MHz. 458 397 2 frequency, the protons can absorb energy and be lifted 'in the higher energy state. As soon as the resonance condition (RF frequency = precession frequency) disappears, the protons fall back down into their lower energy state. n When determining the magnetic field using MNR technology, a small measuring sample is usually used whose content is very rich in protons (eg water or oil). A coil is arranged around the measuring sample, through which a radio frequency signal is transmitted. When the RF frequency corresponds to the precession frequency, most of the protons change energy states and the impedance of the coil changes characteristically. By connecting the coil in a bridge coupling or by letting the coil together with a capacitance be included in a resonant circuit, the impedance change of the coil can be registered. The radio frequency at which this occurs is measured and by the above-mentioned relationship between magnetic field and precession frequency, the unknown magnetic field can be easily calculated with very high accuracy. The above-mentioned relationship is linear, ie. is the magnetic field 1/2 T precedes a free proton with the frequency 1/2 x 42.5759 MHz.

För att öka mätnoggrannheten moduleras den radiofrekventa signalen och/eller superponeras ett svagt magnetfält parallellt med det okända magnetfältet, vars induktion skall bestämmas. På detta sätt kommer resonansvillkoret att uppfyllas två gånger under varje period av modulations~ signalen.To increase the measurement accuracy, the radio frequency signal is modulated and / or a weak magnetic field is superimposed parallel to the unknown magnetic field, the induction of which is to be determined. In this way, the resonant condition will be satisfied twice during each period of the modulation signal.

En magnetometer av det inledningsvis beskrivna slaget mäter magnetfält från 0,1 T upp till 2 T i steg om 0,1 T/sekund.A magnetometer of the type initially described measures magnetic fields from 0.1 T up to 2 T in steps of 0.1 T / second.

Frekvensgeneratorn börjar vid en frekvens som motsvarar 0,1 T (4,2S MHz) och stegar uppåt ända tills resonans inträffar varvid frekvensgeneratorn låser på resonansfrekvensen. Denna långa mätningstid är en olägenhet.The frequency generator starts at a frequency corresponding to 0.1 T (4.2S MHz) and rises upwards until resonance occurs, the frequency generator locking on the resonant frequency. This long measurement time is a disadvantage.

Ett annat problem med nuvarande NMR-teknik är att det okända magnetfältet måste vara homogent i det område där mätsamplet befinner sig. Om det förekommer magnetfältsgradienter inom den 458 397 3 volym som mätsamplet upptar kan villkoret för att protonreso- nans skall uppstå i hela mätsamplet inte uppfyllas. Detta innebär att den detekterbara impedansändringen i mätspolen uteblir eller blir kraftigt försvagat.Another problem with current NMR technology is that the unknown magnetic field must be homogeneous in the area where the measuring sample is located. If there are magnetic field gradients within the 458 397 3 volume occupied by the measuring sample, the condition for the proton resonance to occur in the entire measuring sample cannot be met. This means that the detectable impedance change in the measuring coil is absent or greatly weakened.

En annan olägenhet med nuvarande NMR-teknik är att mätmetoden är känslig för yttre elektromagnetiska störningar. Olika typer av störkällor förekommer, såsom yttre RF-källor typ radiosändare och kristalloscillatorer i närbelägna utrustning- ar, till- och frånslag eller tyristorstyrning av stora belastningar anslutna till elnätet. Dessa yttre störningar kan lätt uppfângas av och interferera med magnetometern och yttrar sig i form av försämrat signal/brus-förhållande på den detek- terade resonanssignalen eller som falska resonanssignaler vilka detekteras av resonansdetekteringskretsen. Ännu ett problem med nuvarnade NMR-teknik är att tidsderivatan av frekvensändringen (typiskt 4,25 MHz/sekund) inte får vara för hög utan måste ligga inom det nämnda storleksomrâdet för att maximal impedansändring i mätspolen skall uppstå. Maximal impedansändring innebär även att resonansdetektorsignalen blir maximal. Är tidsderivatan för hög för fält- och/eller frekvensmoduleringen hinner inte protonerna ändra sina spinn- tillstånd och den detekterbara impedansen i mätspolen uteblir eller blir kraftigt försvagad. ' För att lösa problemet med inhomogena magnetfält inom mätsamp- lets volym är det känt att anordna tillkommande spolar i mätsamplet. Eftersom magnetfältet från en spole är proportio- nellt mot strömmen genom spolen kan olika grad av magnetfält- gradientkompensation erhållas. Denna kompensationsmetod begränsas av att endast gradienter av första ordningen kan bortkompënšeras. En annan begränsning är att strömmen i kompensationsspolarna inte får blir otillåtet hög eftersom den ohmska värmeutvecklingen då blir otillåtet stor.Another disadvantage of current NMR technology is that the measurement method is sensitive to external electromagnetic interference. Various types of interference sources occur, such as external RF sources such as radio transmitters and crystal oscillators in nearby equipment, on and off or thyristor control of large loads connected to the mains. These external disturbances can be easily detected by and interfere with the magnetometer and manifest themselves in the form of deteriorated signal-to-noise ratio on the detected resonant signal or as false resonant signals which are detected by the resonant detection circuit. Another problem with current NMR technology is that the time derivative of the frequency change (typically 4.25 MHz / second) must not be too high but must be within the mentioned size range for maximum impedance change in the measuring coil to occur. Maximum impedance change also means that the resonance detector signal becomes maximum. If the time derivative is too high for the field and / or frequency modulation, the protons do not have time to change their spin states and the detectable impedance in the measuring coil is absent or greatly weakened. In order to solve the problem of inhomogeneous magnetic fields within the volume of the measuring sample, it is known to arrange additional coils in the measuring sample. Since the magnetic field from a coil is proportional to the current through the coil, different degrees of magnetic field gradient compensation can be obtained. This method of compensation is limited by the fact that only first-order gradients can be compensated away. Another limitation is that the current in the compensation coils must not become impermissibly high because the ohmic heat generation will then be impermissibly large.

Det nämnda problemet med elektromagnetiska störningar kan på känt sätt reduceras genom noggann skärmning, jordning och 458 397 4 filtrering av signalerna till och från samt i magnetometern.The mentioned problem of electromagnetic interference can be reduced in a known manner by careful shielding, grounding and filtering of the signals to and from and in the magnetometer.

För ytterligare skydd mot främst transienta störningar kan medelvärdesbildning och olika formen av korrelationsalgoritmer användas på resonansdetektorsignalen. Dessa metoder medför dock att mätförfarandet går ännu långsammare, vilket ger ännu lägre sök- och låshastigheter.For additional protection against mainly transient disturbances, averaging and different forms of correlation algorithms can be used on the resonance detector signal. However, these methods mean that the measurement procedure is even slower, which results in even lower search and lock speeds.

Problemet med tidsderivatan är förknippat med tídskonstanten för protonresonansen.Denna tidskonstant kan påverkas genom tillsatser av paramagnetiska salter till mätsamplet. Vid låga tidskonstanter för protonresonansen kan frekvensen och/eller amplituden av den pålagda fält- och/eller frekvensmoduleringen ökas. Detta medför att sök- och låshastigheter snabbar upp mätförfarandet. na ökas, vilket Till lösning av de ovan nämnda problemen föreslås enligt uppfinningen att en magnetkänslig sensor anordnas i det okända magnetfältet för mätning av dettas magnetiska induktion. Nog- grannheten i den ovan beskrivna NMR-mätningen förbättras inte däremot förbättras sök- och låshastigheten samtidigt som mät- förfarandet blir betydligt okänsligare för störningar och för magnetfältgradienter.The problem with the time derivative is associated with the time constant for the proton resonance. This time constant can be affected by the addition of paramagnetic salts to the measuring sample. At low time constants for the proton resonance, the frequency and / or amplitude of the applied field and / or frequency modulation can be increased. This means that search and lock speeds speed up the measurement procedure. To solve the above-mentioned problems, it is proposed according to the invention that a magnetically sensitive sensor is arranged in the unknown magnetic field for measuring its magnetic induction. The accuracy of the NMR measurement described above does not improve, however, the search and lock speed is improved at the same time as the measurement procedure becomes significantly more insensitive to disturbances and to magnetic field gradients.

Den enligt uppfinningen föreslagna magnetfältkänsliga sensorn, vilken förläggs i en NMR-baserad mätprob får inte störa MNR- detekteringen och måste därför uppfylla följande krav: - Den får ej innehålla magnetiskt material i det okända magnetfältet störs i NMR-mätningen är placerad. sådan mängd att områden där mätsamplet för - Den får ej ha några egenskaper som påverkar eller stör den radiofrekventa energin som tillförs mätspolen eller mätspolar- na vid NMR-mätningen.The magnetic field sensitive sensor proposed according to the invention, which is placed in an NMR-based measuring probe, must not interfere with the MNR detection and must therefore meet the following requirements: - It must not contain magnetic material in the unknown magnetic field disturbed in the NMR measurement is located. such an amount that areas where the measuring sample for - It must not have any properties that affect or interfere with the radio frequency energy supplied to the measuring coil or coils during the NMR measurement.

- Den får heller inte ha sådana egenskaper som påverkar eller stör den fält- och/eller frekvensmodulation som används vid_ NMR-mätningen.- It must also not have such properties that affect or interfere with the field and / or frequency modulation used in the NMR measurement.

- Den får ej heller ha sådana egenskaper som påverkar impedansen av mätspolen eller mätspolarna vid NMR-mätningen.- It must also not have such properties that affect the impedance of the measuring coil or the measuring coils in the NMR measurement.

Den får icke heller ha sådana egenskaper att den påverkar de 458 397 5 Q gradientkompenserande magnetfält som eventuella kompensations- spolar avger.It must also not have such properties that it affects the 458 397 5 Q gradient compensating magnetic fields emitted by any compensating coils.

Den enligt uppfinningen förslagna magnetfältkänsliga givaren förbättrar det beskrivna NMR-mätfarandet på följande punkter: - Sökning av protonresonans i okänt magnetfält: Genom att först läsa av det värde som den magnetfältkänsliga givaren avger och som således är ett mått på det okända magnetfältets induktion, kan det sökområde genom vilken RF-frekvensgenera- torn letar för att hitta protonresonansen reduceras, vilket medför att protonresonansen snabbt hittas och att sök- och lâstiderna förkortas. Typiskt blir söktiden i storleksordning- en 5 sekunder oberoende av storleken av det okända magnetfäl- tet.The magnetic field sensitive sensor proposed according to the invention improves the described NMR measurement method at the following points: Search for proton resonance in an unknown magnetic field: By first reading the value emitted by the magnetic field sensitive sensor and which is thus a measure of the induction of the unknown magnetic field, search area through which the RF frequency generator searches to find the proton resonance is reduced, which means that the proton resonance is found quickly and the search and load times are shortened. Typically, the search time is on the order of 5 seconds regardless of the size of the unknown magnetic field.

- Läsning av protonresonans Å störd miljö: Den absoluta noggrannheten av den extra magnetfältkänsliga givaren är betydligt sämre än den för den ovan beskrivna NMR-baserade metoden. Genom att emellertid kontinuerligt och periodiskt avläsa det okända magnetfältets magnetiska induktion med hjälp av den enligt uppfinningen föreslagna magnetfältkänsliga givaren (t.ex. med samma frekvens som den pålagda fält- och/eller frekvensmoduleringen) ernås en hög relativ noggrann- het vid mätningen av den magnetiska induktionen. Det är med andra ord lätt att registrera förändringar i det okända magnetfältet. Under förhållanden när yttre elektromagnetiska störningar förekommer inträffar ofta, om anordningen enligt uppfinningen inte utnyttjas, att en protonresonans missas, dvs. frekvensgeneratorn låser inte på resonansfrekvensen, alternativt att resonansdetekteringskretsen triggar på en yttre transient. Genom att enligt uppfinningen avläsa utsignalen från den magnetfältkänsliga givaren kan man avgöra om det okända magnetfältet ändrat sig eller om protonresonan- sen temporärt míssats på grund av elektromagnetiska störningar._ _ - Kraftiga gradienter E det okända magnetfältet: Med den magnetfältkänsliga givaren enligt uppfinningen avläses ett värde på det okända fältets magnetiska induktion. Detta värde används för att bestämma ett sökområde för NMR-mätningen. 458 397. 6 Sökomrâdet är således ett frekvensomrâde genom vilket frekvensgeneratorn stegas. Pâ grund av de otillâtet stora gradíenterna i nmgnetfältet kommer emellertid NMR-mätningen inte att pâträffa någon protonresonans inom sökområdet. Slut- satsen i detta fall blir att gradienterna är alltför kraftiga Detta förhållande kan indikeras, t.ex. genom att en varnings- lampas eller att en varningstext visas på en presentations- enhet.- Reading of proton resonance Disturbed environment: The absolute accuracy of the extra magnetic field sensitive sensor is significantly worse than that of the NMR-based method described above. However, by continuously and periodically reading the magnetic induction of the unknown magnetic field by means of the magnetic field sensitive sensor proposed according to the invention (eg with the same frequency as the applied field and / or frequency modulation), a high relative accuracy is achieved in the measurement of the magnetic induction. In other words, it is easy to detect changes in the unknown magnetic field. Under conditions when external electromagnetic interference occurs, if the device according to the invention is not used, it often happens that a proton resonance is missed, ie. the frequency generator does not lock on the resonant frequency, alternatively the resonant detection circuit triggers on an external transient. By reading the output signal from the magnetic field-sensitive sensor according to the invention, it can be determined whether the unknown magnetic field has changed or whether the proton resonance has been temporarily misaligned due to electromagnetic interference. Strong gradients E the unknown magnetic field: The magnetic field-sensitive sensor according to the invention reads value of the magnetic induction of the unknown field. This value is used to determine a search area for the NMR measurement. 458 397. 6 The search area is thus a frequency area through which the frequency generator is stepped. However, due to the impermissibly large gradients in the nm field, the NMR measurement will not encounter any proton resonance within the search area. The conclusion in this case is that the gradients are too strong. This relationship can be indicated, e.g. by displaying a warning light or displaying a warning text on a presentation device.

En utföringsform av uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna. i vilka fig. 1 visar en perspektivvy av den magnetfältkänsliga givaren enligt uppfinningen anordnad i en mätsond som förs in i det magnetfält B vars magnetiska induktans skall bestämmas, fig. 2 visar ett blockschema för en magnetometer försedd med den magnetfältkänsliga givaren enligt uppfinningen, fig. 3 visar ett diagram över den RF- energi med vilken mätspo- larna matas och fig. 4 illustrerar fasförhållandet mellan RF-energinfältet och resonansdetekteringskretsens resonansdetektorsignal.An embodiment of the invention will be described in more detail below in connection with the accompanying drawings. Fig. 1 shows a perspective view of the magnetic field sensitive sensor according to the invention arranged in a measuring probe which is inserted into the magnetic field B whose magnetic inductance is to be determined, Fig. 2 shows a block diagram of a magnetometer provided with the magnetic field sensitive sensor according to the invention; Fig. 3 shows a diagram of the RF energy with which the measuring coils are fed and Fig. 4 illustrates the phase relationship between the RF energy field and the resonant detector signal of the resonant detection circuit.

Fig. 1 visar schematiskt i perspektivvy en mätprob 1 vilken införs i det okända magnetfält B vars magnetiska induktion skall mätas. Mätproben innefattar mätspolar 2 och 3, den ena, av vilka t,ex. 3, omger en behållare med den protonrika Mätspolarna 2, 3 är anordnade med rät vinkel relativt varandra och mellan mätspolarna är en magnetfältkänslig givare 4 anordnad. vätskan.Fig. 1 shows diagrammatically in perspective view a measuring probe 1 which is inserted into the unknown magnetic field B whose magnetic induction is to be measured. The measuring probe comprises measuring coils 2 and 3, one of which, e.g. 3, surrounds a container with the proton-rich measuring coils 2, 3 are arranged at right angles to each other and between the measuring coils a magnetic field-sensitive sensor 4 is arranged. the liquid.

Den magnetfältkänsliga givaren är t.ex. en magnetoresistor eller ett Hall-element. Mätspolarna 2, 3 ingår 1 en 1 fig. 2 visad balanserad bryggkoppling bestående av sekundärlindningen av en transformator 5. Sekundärlindningen är försedd med ett mittuttag 6 och mätspolarna 2, 3 är kopplade i serie med varandra över sekundärlindningarnas ändar. Transformatorns S primärlindning matas med RF-energi 458 397 7 från en spänningsstyrd oscillator 7. En integrator 8 avger en rampspänning som styr den spänningsstyrda oscillatorn 7. Denna rampspänning och den motsvarande stegningen av oscillatorns frekvens visas i fig.3. Denna frekvens detekteras med hjälp av en frekvensräknare 9.The magnetic field sensitive sensor is e.g. a magnetoresistor or a Hall element. The measuring coils 2, 3 are included in a balanced bridge connection shown in Fig. 2 consisting of the secondary winding of a transformer 5. The secondary winding is provided with a central socket 6 and the measuring coils 2, 3 are connected in series with each other over the ends of the secondary windings. The primary winding of the transformer S is supplied with RF energy 458 397 7 from a voltage controlled oscillator 7. An integrator 8 emits a ramp voltage which controls the voltage controlled oscillator 7. This ramp voltage and the corresponding rise of the frequency of the oscillator are shown in Fig.3. This frequency is detected by means of a frequency counter 9.

Bryggkopplingens impedanser är så valda att bryggan 2, 3, 6 är i balans så länge oscillatorns frekvens skiljer sig från den NMR-frekvens vid vilken protonerna ändrar sitt spinntillstånd för det aktuellt rådande, okända magnetfältet B. När oscillatorns frekvens överensstämmer med NMRffrekvensen ändrar sig impedansen i mätspolen 3 och bryggan kommer obalans.The impedances of the bridge coupling are so selected that the bridge 2, 3, 6 are in balance as long as the frequency of the oscillator differs from the NMR frequency at which the protons change their spin state for the current, unknown magnetic field B. When the oscillator frequency corresponds to the NMR frequency in the measuring coil 3 and the bridge there is an imbalance.

Bryggans obalanssignal detekteras i en resonansdetektor ll och när resonansdetektorsignalen erhålls stannar mikroprocessorn 10 integratorns 8 rampning och integratorn avger en spänning med konstant nivå, vilken således motsvarar en bestämd frekvens från oscillatorn, närmare bestämt NMR-frekvensen för protonerna. För att öka noggrannheten i integratorns 8 inställning av oscillatorfrekvensen moduleras oscillatorns frekvens med en lågfrekvent sinussvängning, vilken alstras i en svepgenerator 12. RF-frekvensen moduleras på rampfunktionen från integratorn 8 i en blandare 13. När oscillatorfrekvensen överensstämmer med resonansfrekvensen för protonerna blir obalanssignalen en RF-svängning amplitudmodulerad med den lågfrekventa sinussvängningen. Enveloppen av obalanssignalen detekteras i en amplítuddetektor 14 innan den matas till resonansdetektorn 11- Resonansdetektorsignalen har det utseende som visas vid kurva A i fig. 4. Kurva B i fig. 4 visar det modulerade RF-magnetfältet. Medelst en känd ej visad faslåsningskrets inställs integratorn så att resonans- detektorsignalen inträffar i nollgenomgångarna för kurvan B.The imbalance signal of the bridge is detected in a resonant detector 11 and when the resonant detector signal is obtained, the microprocessor 10 stops the ramp of the integrator 8 and the integrator emits a constant level voltage, which thus corresponds to a certain frequency from the oscillator, more specifically the NMR frequency of the protons. To increase the accuracy of the oscillator frequency setting of the integrator 8, the frequency of the oscillator is modulated with a low-frequency sine oscillation, which is generated in a sweep generator 12. The RF frequency is modulated on the ramp function from the integrator 8 in a mixer 13. When the oscillator frequency oscillation amplitude modulated with the low frequency sine oscillation. The envelope of the imbalance signal is detected in an amplitude detector 14 before it is fed to the resonant detector 11. The resonance detector signal has the appearance shown at curve A in Fig. 4. Curve B in Fig. 4 shows the modulated RF magnetic field. By means of a known phase lock circuit not shown, the integrator is set so that the resonance detector signal occurs in the zero crossings for the curve B.

Den magnetfältkänsliga givaren 4 enligt uppfinningen matas från en konstantströmkälla 15. Spänningen över givaren 4 beror av givarens motstånd, vilket i sin tur är beroende av induktionen av det magnetfält i vilket givaren är placerad.The magnetic field sensitive sensor 4 according to the invention is supplied from a constant current source 15. The voltage across the sensor 4 depends on the resistance of the sensor, which in turn depends on the induction of the magnetic field in which the sensor is located.

Spänningen över givaren omvandlas till digital form i en analog/digitalomvandlare 16 och matas till mikroprocessorna 10 där spänningsvärdet omvandlas till ett värde på den rådande '458 397 . 8 induktionen i det okända magnetfältet. Såsom tidigare omnämnts föreligger ett linjärt förhållande mellan induktionen av det okända magnetfält i vilket mätproben 1 är placerad och protonernas precessionsfrekvens. Med andra ord bör utsignalen från givaren 4 ange den frekvens vid vilken protonerna ändrar sitt spinntillstånd. Teoretiskt sett är det därför möjligt att ställa in oscillatorn 7 direkt på denna resonansfrekvens, varvid man kan förvänta sig att direkt erhålla en resonans- detektorsignal. Den magnetfältskänsliga givaren 4 har emellertid begränsad noggrannhet och noggrannheten varierar från exmplar till exemplar. Det är därför lämpligt att ställa in oscillatorn 7 på en frekvens som ligger nära den uppmätta "resonansfrekvensen". Denna inställning sker med hjälp av mikroprocessorn 10 vilken styr integratorn 8 så, att denna inställer oscillatorn 7 på en grundfrekvens, som ligger nära den förväntade resonansfrekvensen varefter integratorn 8 börjar stega resonansfrekvensen till dess resonansdetektorn ll avger sin resonansdetektorsignal, varvid stegningen avbryts.The voltage across the sensor is converted to digital form in an analog / digital converter 16 and fed to the microprocessors 10 where the voltage value is converted to a value of the prevailing '458 397. 8 induction in the unknown magnetic field. As previously mentioned, there is a linear relationship between the induction of the unknown magnetic field in which the measuring probe 1 is placed and the precession frequency of the protons. In other words, the output signal from the sensor 4 should indicate the frequency at which the protons change their spin state. Theoretically, it is therefore possible to set the oscillator 7 directly to this resonant frequency, whereby one can expect to receive a resonant detector signal directly. However, the magnetic field sensitive sensor 4 has limited accuracy and the accuracy varies from specimen to specimen. It is therefore convenient to set the oscillator 7 to a frequency which is close to the measured "resonant frequency". This setting is made by means of the microprocessor 10 which controls the integrator 8 so that it sets the oscillator 7 to a fundamental frequency which is close to the expected resonant frequency, after which the integrator 8 begins to rise the resonant frequency until the resonant detector 11 emits its resonant detector signal.

Genom denna grovinställning av oscillatorn innan frekvensen börjar ändras förkortas sökningstiden till dess låsning sker på resonansfrekvensen.This coarse setting of the oscillator before the frequency starts to change shortens the search time until it is locked to the resonant frequency.

Oscillatorns 7 sökområde kan även bestämmas på förhand.The search area of the oscillator 7 can also be determined in advance.

Sökomrâdets undre gräns utgörs av den nämnda frekvensen som svarar mot oscillatorns grovinställning ooh sökområdets övre frekvensgräns bestäms på motsvarande sätt med ledning av den av givaren 4 uppmätta induktionen. Sedan bredden på sökområdet fastställts, genom lämplig programmering av mikroprocessorn, startar mikroprocessorn 10 integratorns 8 rampfunktion.The lower limit of the search area consists of the mentioned frequency which corresponds to the coarse setting of the oscillator and the upper limit of the search area is determined in a corresponding manner on the basis of the induction measured by the sensor 4. After the width of the search area has been determined, by appropriate programming of the microprocessor, the microprocessor 10 starts the ramp function of the integrator 8.

Påträffas nu inte någon resonansfrekvens inom sökområdet kan den slutsatsen dras, att magnetfältet ändrat sig så kraftigt från den tidpunkten när givaren 4 avlästes. Inträffar en elektriskïstörning, som stör RF-magnetfältet kan denna störning, markerad vid C i fig. 4 detekteras av resonansdetek- torn ll och ge upphov till att mikroprocessorn 10 låser ramp- funktionen i integratorn 8 på ett konstant värde svarande mot den falska resonansfrekvensen. Till undvikande av detta är míkroprocessorn 10 så programmerad att den periodiskt, före- 458 397 9 trädesvis med moduleringsfrekvensen, avläser utsignalen från givaren 4. Om utgångsspänningen inte ändrat sig, och inte heller fasläget för resonanssignalen ändrat sig från noll- genomgângsläget kan den slutsatsen dras att det rörde sig om en nätstörning varför stegningen av oscillaotrfrekvennsen kan fortsätta utan att någon låsning inträffar. Givaren 4 är, såsom omnämnts, tämligen okänslig och reagerar inte på nätstörningar. Ändrar sig magnetfältet vill man kunna mäta det nya magnetfältet. Funnes icke givaren 4 enligt uppfinningen skulle en magnetfältändring ge sig till känna som en förskjutning av fasläget för resonansdetektorsignalen relativt modulerings- signalen. En nätstörning skulle ge upphov till exakt samma fenomen, dvs. förskjutning av fasen. Genom att enligt föreliggande uppfinning periodiskt avkänna utsignalen från givaren 4 och jämföra dessa utsignaler med varandra kan man fastställa om det okända magnetfältet ändrat sig. Utsignalerna skiljer sig då från varandra- Mikroprocessorn 10 får då styra integratorn, så att denna ändrar oscillatorns 7 frekvensinställning till dess resonansdetektorsignalen âterförs till läget för moduleringssignalens noll-genomgång.If no resonant frequency is now found within the search area, it can be concluded that the magnetic field has changed so sharply from the time when the sensor 4 was read. If an electrical disturbance occurs which disturbs the RF magnetic field, this disturbance, marked at C in Fig. 4, can be detected by the resonant detector 11 and cause the microprocessor 10 to lock the ramp function in the integrator 8 at a constant value corresponding to the false resonant frequency. To avoid this, the microprocessor 10 is programmed so that it periodically, preferably with the modulation frequency, reads the output signal from the sensor 4. If the output voltage has not changed, nor the phase position of the resonant signal has changed from the zero-pass position, that conclusion can be drawn that it was a network disturbance, so that the rising of the oscillating frequency can continue without any locking occurring. The sensor 4 is, as mentioned, rather insensitive and does not react to network disturbances. If the magnetic field changes, you want to be able to measure the new magnetic field. If the sensor 4 according to the invention was not found, a magnetic field change would manifest itself as a shift of the phase position of the resonance detector signal relative to the modulation signal. A network disruption would give rise to exactly the same phenomenon, ie. phase shift. By periodically sensing the output signal from the sensor 4 and comparing these output signals with each other according to the present invention, it can be determined whether the unknown magnetic field has changed. The output signals then differ from each other. The microprocessor 10 is then allowed to control the integrator, so that it changes the frequency setting of the oscillator 7 until the resonant detector signal is returned to the position of zero modulation of the modulation signal.

Avger den magnetfältkänsliga givaren en signal, som anger, att magnetfältet B t.ex. är 1,5 T, vilket motsvarar en grovmätt resonansfrekvens på ca. 63 MHz fastställer datorn att frekvensgeneratorn skall börja söka resonansfrekvensen vid t.ex. 50 MHz och att sökområdets övre gräns skall vara t.ex. 80 MHz. Sökningen startar därefter vid 50 MHz och fortgår tills en resonansfrekvens hittas.The magnetic field sensitive sensor emits a signal which indicates that the magnetic field B e.g. is 1.5 T, which corresponds to a roughly measured resonant frequency of approx. 63 MHz, the computer determines that the frequency generator should start searching for the resonant frequency at e.g. 50 MHz and that the upper limit of the search area should be e.g. 80 MHz. The search then starts at 50 MHz and continues until a resonant frequency is found.

Den ovan beskrivna utföringsformen av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningens grundtanke.The above-described embodiment of the invention can be modified and varied in many ways within the scope of the basic idea of the invention.

Claims

458 597. 10 PATENT REQUIREMENTS

Magnetometer using the WMR effect, comprising - a frequency generator (7) - an integrator (8) for stepwise change of the frequency generator's frequency setting - measuring coils (2, planar, positioned 3) arranged perpendicular to each other in the same in the unknown magnetic field ( B) whose magnetic induction is to be measured and fed with the RF frequency generator, energy from - a measuring sample (1) arranged in the unknown magnetic field and whose impedance changes when the frequency of the RF frequency magnetic field matches (= is in resonance) with that of the unknown magnetic field corresponding to the NMR Frequency of the measuring sample - a resonant detection circuit (5, 9, 11) for detecting the impedance change and for emitting a resonant detector signal (A), and - a control circuit (12) for stepping the integrator until the resonant detector signal is obtained, and the step is interrupted the frequency generator is locked to the resonant frequency, characterized by - a magnetic field sensitive sensor (4) arranged in the plane of the measuring coils inside the unknown a magnetic field and emitting an electrical output signal (B) corresponding to the magnetic induction of the unknown magnetic field, - a converter (16) for converting the output signal of the sensor to a resonant frequency corresponding to the unknown field. a logic circuit (10), connected to the integrator, for coarse setting of the frequency generator at a fundamental frequency which is close to but different from the detected resonant frequency and which is selected on the basis of the induction value measured by the sensor, and for activating control circuit (12) after the coarse adjustment of the resonance ~ Frequency.

Magnetometer according to Claim 1, characterized by an additional force (10) arranged to periodically sense the output signal of the magnetic field-sensitive sensor (4) after the frequency generator is locked to the resonant frequency (10) and to trigger the integrator's stepwise change of the frequency generator RF frequency only if the output signal of the sensor shows that the unknown magnetic field has changed from the previous or some immediately preceding periods.

3. A magnetometer as claimed in Claim 1, characterized in that the magnetic field sensitive sensor is a magnetoresistor or a Hall element.

4. A magnetometer as claimed in Claim 2, characterized in that the periodic sensing takes place with a low frequency, preferably the frequency with which the RF magnetic field is modulated in a manner known per se.

Magnetometer according to one or more of the preceding claims, characterized in that the converter and logic circuit are implemented in the form of a computer with an input port for the sensor's electrical output signal, an input port for the resonant frequency signal and an output port for the control and logic circuits.